Электрическая тяга

Развитие транспортных средств с использованием автономных электроэнергетических систем

Определяющим фактором, от которого зависит создание электротранспорта, является энергетическая установка - источник тока. Поэтому развитие электротранспорта обусловлено качеством имеющихся батарей.

Автотранспорт - один из крупных потребителей невозобновляемых природных энергоресурсов. Прогнозируется, что к 2050 г. количество автомобилей может возрасти до 2,5 млрд. Угрозы топливного кризиса и глобального загрязнения атмосферы становятся реальными. Специалисты всего мира  занимаются поиском и исследованиями  альтернативных источников энергии.

В США и во Франции программы по разработке неуглеводородных источников энергии имеют значительную государственную поддержку. Ученые нашей страны помощи в таком объеме не получают, хотя заинтересованность и активность начинают проявлять частные инвесторы, например «Норильский никель», вкладывающий большие средства в развитие теоретической базы водородной энергетики.

Большинство направлений альтернативной энергетики в качестве промежуточного энергоносителя используют электроэнергию, это связано с относительной простотой ее хранения, перераспределения и доставки конечному потребителю.

Стремление создать автомобиль на электрической тяге проявилось еще на заре автомобилестроения. Первые образцы электромобилей  были представлены публике чуть ли не раньше автомобилей с бензиновым двигателем, но не выдержали конкуренции с собратьями  по причине трудностей с эксплуатацией и обслуживанием. Работы по совершенствованию «неудачников»  свернули. Однако специфика нашего времени дала  развитию электротранспорта новый импульс.

Использование батарей на транспорте  

Наиболее просто вопрос решается для сектора легких электромобилей. Для них нет существенных ограничений по удельным характеристикам и ресурсам источников тока. Поэтому оптимальным считается использование традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, а также применение  давно известной никель-кадмиевой системы. На этих элементах работают чистые электромобили (ЕV).

Большие вложения в разработки альтернативной (водородной) энергетики позволяют предсказать скорую замену двигателя внутреннего сгорания (или дизеля) гибридных автомобилей на топливные элементы.

Аналогично решается вопрос для производственного или внутризаводского транспорта, чьи источники энергии расположены в зоне абсолютной доступности, а также отсутствуют требования к скорости зарядки и к удобству обслуживания батарей.

Промежуточное положение занимает городской электротранспорт с контактной сетью - троллейбусы и трамваи. Их батареи до последнего времени использовались как запасной, страховочный элемент питания, однако ситуация меняется. Возникают новые экономические и политические задачи. К числу первых можно отнести, например, устранение контактной сети на конечных пунктах, что резко снижает эксплуатационные затраты и повышает бесперебойность работы. Ко вторым относится необходимость отказа от использования верхней контактной сети на участках маршрутов, проходящих по историческим зонам.

Такой транспорт можно отнести к гибридному, который в качестве основного источника энергии использует стационарную электросеть.

Альтернатива электротранспорту с контактной сетью - электроавтобусы. Наиболее развито это направление во Франции. В программе перевозок пассажиров электроавтобусами участвует более 30 французских городов.

Основные разработки энергетических элементов сосредоточены на чисто электрических системах (на основе аккумуляторных батарей или ионисторов). Но развитие этого направления сдерживается использованием аккумуляторных батарей традиционных систем. Однако важно то, что накоплен практический опыт эксплуатации, позволяющий выдвигать требования к энергоустановке (к батарее, в частности).

Если обсуждать коммерческую эффективность проектов, то пока положение дел не внушает особого оптимизма. В первую очередь это связано с аккумуляторными батареями. Ситуация кардинально изменится, если на рынке появится источник тока, который будет соответствовать требованиям разработчиков и потребителей электромобилей. Тогда производство легковых электромобилей может и должно стать наиболее массовым сектором, привлекательным для производителей и инвесторов.

Перечисленным требованиям в полной мере не может удовлетворить ни одна электрохимическая система, разработанная в XX в., поэтому более реальным представляется использование гибридных систем, которые сочетают высокоэнергоемкий источник энергии и мощный источник малой емкости. Ближайшая перспектива - сочетание двигателей внутреннего сгорания (дизелей) и аккумуляторных батарей (ионисторов).

 В последнее время продажи таких автомобилей-гибридов интенсивно растут. Так, за 2004 г. рынок вырос в 2 раза и составил 160 тыс. автомобилей (78% Toyota, 17% Honda). К 2010 г. ежегодный выпуск должен составить порядка 2,1 млн, а к 2015 г. - порядка 5 млн. Правда, это будет соответственно 3% и 7% общего производства автомобилей в указанный период. Пока реальные коммерческие выпуски основаны на использовании никель-металлгидридной системы, но резкое улучшение характеристик и снижение стоимости литий-ионных и полимерных литий-ионных аккумуляторов позволяют прогнозировать переход на систему, обладающую существенно лучшими удельными характеристиками. Это позволит значительно увеличить долю появившихся в последнее время так называемых перезаряжаемых гибридных автомобилей, емкость батарей  которых достаточна для временного движения в режиме чистого электромобиля.

Создание топливных элементов (электрохимических генераторов) лежит в основе программ экономически развитых стран по переходу на альтернативную энергетику.  Трудности связаны со стоимостью и ресурсом, но ученые не считают их непреодолимыми. Развитие электроэнергетических систем позволяет с оптимизмом относиться к решению задач, возникающих при конструировании электромобилей.

Без выработки государственной программы и без государственной поддержки решение этих проблем будет растянуто в нашей стране  на многие годы. Россия в очередной раз может отстать от стран Европейского союза и США.

С.Б. ОРЛОВ, ООО «РКТЦ АИТ «Фирма»Альфа-плюс», Москва